package org.raymond.iworks.study.basic.structure.tree.binarytree;

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

/**
 * @author raymond
 * @version V1.0
 * @Description:
 * 为什么需要树这种数据结构
 * 1) 数组存储方式的分析
 * 优点: 通过下标方式访问元素,速度快.对于有序数组,还可以使用二分查找提高检索速度.
 * 缺点: 如果要检索具体某个值,或者插入值(按一定顺序),会整体移动,效率较低
 * 2) 链式存储方式的分析
 * 优点: 在一定程度上对数组存储方式有优化(比如:插入一个数值节点,只需要将插入节点
 * 连接到链表即可,删除效率也很好)
 * 缺点: 在进行检索时,效率仍然较低,比如(检索某个值,需要从头节点开始遍历)
 * 3) 树存储方式的分析
 * 能提高数据存储,读取的效率,比如利用二叉排序树(Binary Sort Tree),即可以保证
 * 数据的检索速度,同时也可以保证数据的插入,删除,修改的速度.
 * 案例: [7,3,10,1,5,9,12]
 *
 * 二叉树: 一个节点最多有两个子树的树.
 * 满二叉树: 一颗二叉树中,除了叶子节点外,所有节点都有两个子节点.
 * 完全二叉树: 一颗二叉树中,除了最底层的叶子节点外,其他各层的节点数都达到最大个数,
 * 且最底层的节点都连续集中在最左侧.
 *
 * 前序遍历:先输出父节点,再遍历左子树和右子树
 * 中序遍历:先遍历左子树,再输出父节点,再遍历右子树
 * 后序遍历:先遍历左子树,再遍历右子树,再输出父节点
 * 前序中序后序由父节点的输出顺序决定的
 *
 * 分析二叉树的前序,中序,后序的遍历步骤
 * 1,创建一颗二叉树
 * 2,前序遍历
 * 2.1 先输出当前节点(初始时为root节点)
 * 2.2 如果当前节点的左子节点不为空,则递归继续前序遍历
 * 2.3 如果当前节点的右子节点不为空,则递归继续前序遍历
 * 3,中序遍历
 * 3.1 如果当前节点的左子节点不为空,则递归继续中序遍历
 * 3.2 再输出当前节点(初始时为root节点)
 * 3.3 如果当前节点的右子节点不为空,则递归继续中序遍历
 * 4,后序遍历
 * 4.1 如果当前节点的左子节点不为空,则递归继续前序遍历
 * 4.2 如果当前节点的右子节点不为空,则递归继续前序遍历
 * 4.3 再输出当前节点(初始时为root节点)
 *
 * 查找指定节点:
 * 要求:
 * 1) 请编写前序查找,中序查找和后序查找的方法
 * 2) 并分别使用三种查找方式,查找heroNo=5的节点
 * 3) 并分析各种查找方式,分别比较了多少次
 *
 * 前序查找思路:
 * 1,先判断当前节点的no是否等于要查找的
 * 2,如果相等,则返回当前节点
 * 3,如果不等,则判断当前节点的左子节点是否为空,如果不为空,则递归前序查找
 * 4,如果左递归前序查找,找到节点,则返回节点;否则继续判断,当前节点的右子节点是否为空,
 * 如果不为空,则继续向右递归前序查找
 *
 * 中序查找思路:
 * 1,判断当前节点的左子节点是否为空,如果不为空,则递归中序查找
 * 2,如果左递归中序查找,找到节点,则返回节点; 如果没有找到,就和当前节点比较,
 * 如果是则返回当前节点,否则继续进行右递归的中序查找
 * 3,如果右递归中序查找,找到就返回,否则返回null
 *
 * 后序查找思路
 * 1,判断当前节点的左子节点是否为空,如果不为空,则递归后序查找
 * 2,如果找到,就返回,如果没有找到,就判断当前节点的右子节点是否为空,如果不为空,则右递归进行后序查找,
 * 如果找到,就返回
 * 3,就和当前节点进行比较,如果是,则返回,否则返回null
 *
 * 回溯:也是递归,递归是结构,回溯是思想,
 *
 * 删除节点
 * 要求
 * 1) 如果删除的节点是叶子节点,则删除该节点
 * 2) 如果删除的节点是非叶子节点,则删除该子树
 * 3) 测试,删除掉5号叶子节点和3号子树
 * 按要求完成删除节点的操作的思路:
 * 1,如果树是空树,即root=null,或只有一个root节点,则等价于将二叉树置空.
 * 2,因为我们的二叉树是单向的,所以我们是判断当前节点的子节点是否需要删除,而不能去判断当前这个节点是不是需要被删除
 * 即只能在父节点删除子节点,因为是单向的
 * 3,如果当前节点的左子节点不为空,并且左子节点就是要删除的节点,就将this.left=null;并且返回(结束递归删除)
 * 4,如果当前节点的右子节点不为空,并且右子节点就是要删除的节点,就将this.right=null;并且返回(结束递归删除)
 * 5,如果第3和第4步都没有删除节点,那么我们就需要向左子树进行递归删除
 * 6,如果第5步也没有删除节点,则向右子树进行递归删除
 *
 * 思考:
 * 如果要删除的节点是非叶子节点,现在我们不希望将该非叶子节点为根节点的子树删除,需要指定规则,假如规则如下:
 * 1) 如果该非叶子节点A只有一个子节点B,则子节点B替代节点A
 * 2) 如果该非叶子节点A有左子节点B和右子节点C,则让左子节点B替代节点A
 *
 */
public class BinaryTreeDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // 先创建一颗二叉树
        BinaryTree binaryTree = new BinaryTree();
        // 创建需要的节点
        HeroNode node1 = new HeroNode(1, "宋江");
        HeroNode node2 = new HeroNode(2, "吴用");
        HeroNode node3 = new HeroNode(3, "卢俊义");
        HeroNode node4 = new HeroNode(4, "林冲");
        // 先手动创建二叉树,后续学习以递归的方式创建二叉树
        binaryTree.root=node1;

        node1.left=node2;
        node1.right=node3;
        node3.right=node4;

        /*
        System.out.println("前序遍历:");
        binaryTree.preOrder(); // 1,2,3,4
        System.out.println("中序遍历:");
        binaryTree.infixOrder();// 2,1,3,4
        System.out.println("后序遍历:");
        binaryTree.postOrder();// 2,4,3,1
         */
        System.out.println("===============");
        // 为卢俊义增加一个左子节点关胜
        HeroNode node5 = new HeroNode(5, "关胜");
        node3.left=node5;

        /*
        System.out.println("前序遍历:");
        binaryTree.preOrder(); // 1,2,3,5,4
        System.out.println("中序遍历:");
        binaryTree.infixOrder();// 2,1,5,3,4
        System.out.println("后序遍历:");
        binaryTree.postOrder();// 2,5,4,3,1

        System.out.println("===============");
        System.out.println("===============");
        HeroNode result = null;
        int findNo = 3;
        System.out.println("查找No:"+findNo);
        result = binaryTree.preSearch(findNo);
        System.out.println("前序查找结果:"+result);
        System.out.println();
        binaryTree.cleanCountMap();

        result = binaryTree.infixSearch(findNo);
        System.out.println("中序查找结果:"+result);
        System.out.println();
        binaryTree.cleanCountMap();

        result = binaryTree.postSearch(findNo);
        System.out.println("后序查找结果:"+result);
        System.out.println();
        binaryTree.cleanCountMap();
         */

        HeroNode node6 = new HeroNode(6, "公孙胜");
        HeroNode node7 = new HeroNode(7, "鲁智深");
        HeroNode node8 = new HeroNode(8, "秦明");
        HeroNode node9 = new HeroNode(9, "花荣");
        HeroNode node10 = new HeroNode(10, "呼延灼");
        HeroNode node11 = new HeroNode(11, "柴进");
        node2.left=node7;
        node2.right=node6;
        node5.left=node8;
        node5.right=node9;
        node7.left=node10;
        node7.right=node11;
        System.out.println("删除前,前序遍历:");
        binaryTree.preOrder();
        binaryTree.delNode(2);
        System.out.println("删除后,前序遍历:");
        binaryTree.preOrder();
    }
}

// 定义BinaryTree
class BinaryTree {
    public HeroNode root;

    // 前序遍历
    public void preOrder(){
        if(this.root!=null){
            this.root.preOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉树为空,无法遍历");
        }
    }
    // 中序遍历
    public void infixOrder(){
        if(this.root!=null){
            this.root.infixOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉树为空,无法遍历");
        }
    }
    // 后续遍历
    public void postOrder(){
        if(this.root!=null){
            this.root.postOrder();
        }else{
            System.out.println("二叉树为空,无法遍历");
        }
    }

    // 前序查找
    public HeroNode preSearch(int no){
        if(this.root==null){
            System.out.println("二叉树为空,无法查找");
            return null;
        }
        return this.root.preSearch(no);
    }
    // 中序查找
    public HeroNode infixSearch(int no){
        if(this.root==null){
            System.out.println("二叉树为空,无法查找");
            return null;
        }
        return this.root.infixSearch(no);
    }
    // 后序查找
    public HeroNode postSearch(int no){
        if(this.root==null){
            System.out.println("二叉树为空,无法查找");
            return null;
        }
        return this.root.postSearch(no);
    }

    public void delNode(int no){
        if(this.root==null){
            System.out.println("二叉树为空,无法删除节点");
        }else{
            if(this.root.no==no){
                this.root=null;
            }else{
                this.root.delNode(no);
            }
        }
    }

    public void cleanCountMap(){
        for(Integer no : HeroNode.countMap.keySet()){
            HeroNode.countMap.put(no, 0);
        }
    }
}

class HeroNode {
    public int no;
    public String name;
    public HeroNode left;
    public HeroNode right;
    public static Map<Integer, Integer> countMap = new HashMap<>();

    public HeroNode(int no, String name) {
        this.no = no;
        this.name = name;
        countMap.put(no, 0);
    }

    @Override
    public String toString() {
        Integer count = countMap.get(no);
        return String.format("HeroNode [no=%s, name=%s], 比较次数=%d", no, name, count);
    }

    // 前序遍历
    public void preOrder(){
        // 输出当前节点
        System.out.println(this);
        // 递归向左子树前序遍历
        if(this.left!=null){
            this.left.preOrder();
        }
        // 递归向右子树前序遍历
        if(this.right!=null){
            this.right.preOrder();
        }
    }
    // 中序遍历
    public void infixOrder(){
        // 递归向左子树中序遍历
        if(this.left!=null){
            this.left.infixOrder();
        }
        // 输出当前节点
        System.out.println(this);
        // 递归向右子树中序遍历
        if(this.right!=null){
            this.right.infixOrder();
        }
    }
    // 后序遍历
    public void postOrder(){
        // 递归向左子树后序遍历
        if(this.left!=null){
            this.left.postOrder();
        }
        // 递归向右子树后序遍历
        if(this.right!=null){
            this.right.postOrder();
        }
        // 输出当前节点
        System.out.println(this);
    }

    // 前序查找
    public HeroNode preSearch(int no){
        HeroNode result = null;
        int count = countMap.get(no);
        // 判断当前节点是否符合条件
        count++;
        countMap.put(no, count);
        System.out.printf("===前序比较===: this.no=%d, input.no=%d, count=%d\n", this.no, no, count);
        if(this.no==no){
            return this;
        }
        // 递归向左子树前序查找
        if(this.left!=null){
            result = this.left.preSearch(no);
            if(result!=null){
                return result;
            }
        }
        // 递归向右子树前序查找
        if(this.right!=null){
            result = this.right.preSearch(no);
            if(result!=null){
                return result;
            }
        }
        return null;
    }

    // 中序查找
    public HeroNode infixSearch(int no){
        HeroNode result = null;

        // 递归向左子树中序查找
        if(this.left!=null){
            result = this.left.infixSearch(no);
            if(result!=null){
                return result;
            }
        }
        // 判断当前节点是否符合条件
        int count = countMap.get(no);
        count++;
        countMap.put(no, count);
        System.out.printf("===中序比较===: this.no=%d, input.no=%d, count=%d\n", this.no, no, count);
        if(this.no==no){
            return this;
        }

        // 递归向右子树中序查找
        if(this.right!=null){
            result = this.right.infixSearch(no);
            if(result!=null){
                return result;
            }
        }
        return null;
    }

    // 后序查找
    public HeroNode postSearch(int no){
        HeroNode result = null;
        // 递归向左子树前序查找
        if(this.left!=null){
            result = this.left.postSearch(no);
            if(result!=null){
                return result;
            }
        }
        // 递归向右子树前序查找
        if(this.right!=null){
            result = this.right.postSearch(no);
            if(result!=null){
                return result;
            }
        }
        // 判断当前节点是否符合条件
        int count = countMap.get(no);
        count++;
        countMap.put(no, count);
        System.out.printf("===后序比较===: this.no=%d, input.no=%d, count=%d\n", this.no, no, count);
        if(this.no==no){
            return this;
        }
        return null;
    }

    public void delNode(int no){
        if(this.left==null && this.right==null ){
            System.out.println("二叉树为空,不能删除节点");
            return;
        }
        if(this.left!=null && this.left.no==no){
            System.out.println("找到待删除的节点,no="+no);
            // 左子节点下面同时存在左左子节点和左右子节点,需要用左左子节点替代左子节点
            // 如果左左子节点存在左左右子节点,则将左右子节点追加到左左右最右边节点下
            //   2<-1->3
            //7<-2->6
            if(this.left.left!=null && this.left.right!=null){
                HeroNode tempLeft = this.left.left;
                HeroNode tempRight = this.left.right;
                this.left = tempLeft;
                appendNodeToRight(this.left, tempRight);
            }else if(this.left.left!=null){
                this.left = this.left.left;
            }else if(this.left.right!=null){
                this.left = this.left.right;
            }
            return;
        }
        // 2<-1->3
        //    5<-3->4
        if(this.right!=null && this.right.no==no){
            System.out.println("找到待删除的节点,no="+no);
            if(this.right.left!=null && this.right.right!=null){
                HeroNode tempLeft = this.right.left;
                HeroNode tempRight = this.right.right;
                //System.out.printf("tl:%s, tr:%s, r:%s\n", tempLeft,tempRight,this.right);
                this.right = tempLeft;
                appendNodeToRight(this.right, tempRight);
            }else if(this.right.left!=null){
                this.right = this.right.left;
            }else if(this.right.right!=null){
                this.right = this.right.right;
            }
            return;
        }
        if(this.left!=null){
            this.left.delNode(no);
        }
        if(this.right!=null){
            this.right.delNode(no);
        }
    }

    public void appendNodeToRight(HeroNode node, HeroNode appendedNode){
        if(node.right!=null){
            appendNodeToRight(node.right, appendedNode);
        }else{
            node.right = appendedNode;
        }
    }
}
